Principi della termodinamica

FISICA TECNICA

*ATTENZIONE: questi appunti sono esclusivamente per uso personale, non possono essere modificati, venduti e distribuiti senza il permesso dell’autore. Non vogliono essere in alcun modo intesi come una sostituzione alle lezioni, ma possono essere utili per confrontare i propri appunti. Non mi assumo alcuna responsabilità per eventuali errori o imprecisioni. In bocca al lupo.

Riccardo Bedore

Fisica Tecnica

Termodinamica: Trasformazione di Calore in Lavoro

• Non tutto il calore è trasformabile in lavoro (↑ calore ≠ ↑ lavoro, e viceversa)
• La termodinamica parte dalla meccanica (mondo ideale)
• Sistema e stato sono concetti primitivi
• Sistema: porzione di spazio materiale separata dal resto dell'universo mediante una superficie di controllo
• L'elemento base = oggetto sotto esame

• → Mondo macroscopico → ipotesi del continuo: non si scende al livello degli atomi/materia distribuita uniformemente nello spazio (omogeneo)
• Nel mondo microscopico sono in grado di separare la materia fino a giungere a tutto ciò che è elementare
• La termodinamica è in accordo sia con sistemi microscopici che macroscopici

• → Cosa serve per identificare il sistema?
• Tipo e quantità di costituenti: {m₁, m₂, ..., m_n} = m → vettore costituenti
• Parametri: descrivono le forze (p. contenimento) o le loro azioni: {β_l, β₂, β₃} = λ → vettore parametri (forze esterne)
• * Un altro caso in cui il campo vettoriale può essere descritto da un solo parametro è l'acc. di gravità
• I nostri parametri si riconducono al solo β₃ = V₃ sintesi delle forze di contenimento
• Le forze interne di scambio vengono ignorate

Non importa dalla geometria delle pareti (che contengono le forze di contenimento), ciò che importa è la quantità di materia che può essere cont. in esse.

Stato del sistema: condizioni in cui si trova il sistema

→ Richiamo grandezza fisica (GF) → ciò che è misurabile

Pensamento che mi porta ad associare un numero ad una grandez.

DIREZIONE PREFERENZIALE, CONTRIBUISCE ALL'ENERGIA INTERNA

TIPI DI STATI:

• STATO STAZIONARIO: STATO IN CUI IL SISTEMA, PUR INTERAGENDO CON L’AMBIENTE, LE SUE GRANDEZZE NON VARIANO NEL TEMPO

DERIVATE TEMPORALI DELLE GRANDEZZE DEL SISTEMA NULLE

1. ES. TUBO PER SCALDARE L’ACQUA ALL’INTERNO DI UN CILINDRO, IL TUBO È CALDO, MA DOPO UN CERTO TEMPO VA IN STATO STAZIONARIO

• SE IL SISTEMA NON INTERAGISCE CON L’AMBIENTE, QUESTO SISTEMA È ISOLATO
• STATO DI NON EQUILIBRIO: STATO DI UN SISTEMA ISOLATO O RESO ISOLATO CHE VARIA NEL TEMPO (EQUILIBRIO NEL TEMPO)
• STATO DI EQUILIBRIO: STATO DI UN SISTEMA ISOLATO O RESO ISOLATO CHE NON VARIA NEL TEMPO → STATO STAZ. È IN “FLUSSO” COSTANTE IN t

QUI C’È LA DIFFERENZA TRA STATO STAZIONARIO E DI EQUILIBRIO? ESAMPI, UNO STATO CHE NON VARIA INTRODUCENDO UNA INTERAZIONE NELL’AMBIENTE, MENTRE NEL SECONDO CASO NON C’È INTERAZIONE CON L’AMBIENTE

TIPI DI EQUILIBRIO:

• EQUILIBRIO INSTABILE: RITORNERÀ CON PERTURBAZIONE INFINITESIMA
• EQUILIBRIO METASTABILE: RITORNERÀ CON PERTURBAZIONE ANCHE A FINITA
• EQUILIBRIO STABILE: STATO CHE PUÒ ESSERE CAMBIATO SENZA RITORNARE

ES. ACQUA CHE NON VARIA IL SISTEMA, QUELLO SENZA LASCIARE TRACCIA, IL NON SISTEMA

IN ENTRAMBI IL SISTEMA PUÒ CAMBIARE STATO, VARIANO LE AMPIEZ. DELLE PERTURBAZIONI NECESSARIE AL SISTEMA PER CAMBIARE STATO

TEOREMA 1:

NON ESISTE UN PROCESSO SPONTANEO CHE DA UNO STATO DI EQUILIBRIO PORTA AD UNO STATO DI NON EQUILIBRIO

• IN MACROSC. LO STATO DI EQUIL. d É QUELLO CON MINIMA ENERGIA. IN TEOREMA UNO, INESSO, AD OGNI VOLTA SI RIPERC. CORRISP. UNO STATO DI EQUILIBRIO, IL CHE OMPLA D. DI FOTO AL SISTEMA RESTITUBITO ALLA MECCANICA

TIPO GAS TUTTO IN UNA PARTE DEL BOX

S subN supE

| STATO DI NON EQUILIBRIO

A subE subS supS subE

| SUBORDINATO A subA subE sub3 comp subN subE supE

IN T S S A 3 E, E

V_3A=V_iM_aM₃=ME₃=E — ED IL GAS ESULE? POI, SEMPRE ARRIVANDO

AD A_E (UNICO S.E.S)

⇨ STATICI I VETTORI M P 3 E ESISTE UNO ED UNO SOLO STATO DI EQUILIBRIO

STABILE → DOVE C’È DISGREGAMENTA NULL VI È EQUILIBRIO STABILE PERCHÉ AL EQUILIBRIO OGNI DIFFERENZA SI PERDE

Processi spontanei propri del processo meccanico di lavoro nullo

Processo spontaneo reversibile (?)

(PS) ΔS₁₂ > 0 → (Ψ₄ - Ψ₂)_S ≥ 0 (Ψ₁ - Ψ₂)_SSU ≥ 0 → (Ψ₄ - Ψ₂) > 0 > 0 > (Ψ₄ - Ψ₂) < Ψ₄

↳ (U, aU) con i = Jesu

Disponibilità adiabatica di uno SES è nulla

• (U, Ψ₁)₁₂ > 0 → Ψ₄ Ψ
• (Ψ₄, Ψ₁)₀ > 0 → Ψ₄ Ψ

Un processo titanio che evolve perde la capacità di poter trasformare solo in lavoro meccanico l'energia disponibile

* In questo tipo di processi, si consuma la capacità di compiere lavoro (perdo disponibilità adiabatica)

Un processo da SNE a SES è detto processo di rilassamento ed è un processo irreversibile.

↳ Processo spontaneo, quindi si conserva l'energia ma non la disponibilità adiabatica

Qual è il problema della disponibilità adiabatica?

A₁ ∈ {ses} A₂ ∈ {ses} U_A U_B

Ψ₄ = 0 per cui Ψ_SS = 0

• Tuttavia anche mettendo insieme 2 (o +) sistemi in SES non è detto che la loro unione sia ancora in SES.

Quindi in generale Ψ ≠ Ψ ₄ + Ψ ₄^B

....

S_gen = [S₂ - S₁]_Amin←X > 0

Dati 2 stati ho le seguenti informazioni:

• A_o
• p₁
• V₁, u₁, s₁, ecc...

• A₁
• H₂, T₁, H₁, e_i, H_i, Ψ_i, Ψ₂
• V₂, u₂, s₂, ecc...
• U₁, ecc...
• U₂, ecc...
• U₃, ecc...
• Q, ecc...
• S_gen

Ogni volta che scelgo uno stato vengono fissate le sue proprietà.

Nel mondo meccanico entropia = 0, perché non viene scambiata e non vi sono processi a rilassamento.

• Le quantità scambiate sono le grandezze estensive.
• Tipo interazione
• PM
• Flusso di massa
• Processo termico
• PM

Kelvin:

Non si può trasformare tutto il calore in lavoro. Si potrebbe je e solo se usasse S_sc nulla, ma ciò non è possibile.

Fotoni, particelle con massa o riposo nulla, ma scambiano sia energia che entropia.

CASO 2: PARETE IMPERMEABILE

dms_A = dms_B = 0 ⇒ p_A^s = p_B^s (SISTEMI IN EQUILIBRIO)

I PESI NON SI MUOVONO QUANDO p_A^s = p_B^s

CASO 3:

μ_O ≠ N_O^s

QUANDO A E B SONO IN EQUILIBRIO E LA PARETE CONSENTE LO SCAMBIO DELLA SPECIE J, DUE SISTEMI SONO IN EQUILIBRIO QUANDO NON PASSA PIÙ NULLA ATTRAVERSO LA PARETE

FLUSSO DI GRANDEZZE ⇒ FLUSSO DI μ ⇒ FLUSSO DI MASSA

SE C_O ∈ ∫(S) ^{V_C |_T=0} ⇔ V_C → (S_i - S_O) < 0 ⇔ ∫dS = 0 & dS_o < 0

dS_o = ∫(T_O - T_O) = 0

DIAGNOSTICA

PARETE MOBILE

REVERSIBILE A SPECIE J-ESIMA

PERMESSI SCAMBI DI ENERGIA MA NON PER LA M

LA MIA PARETE È FISSA

PERCHÈ LA MIA PARETE È IMPERMEABILE

EQUILIBRIO VINCOLATO

A = R A_o = R_O B_O = R_O (A_o, B_o) ∈ |SME| ⇔ TR - T_O^-R

B = 2R R_A (R_A, R)^{(R_m, R_B, R_m)} (c) SME(e)⇔ [ T_O = T_A ] [ T = T_Z ]

INTEGRO RFS⇔

∫ ds² |_∫(t-cl) |_Ueq e |n²

RAPPZ IN U FIAMMATO DI AGGIORNATO

(S - S_o)^R (U^e-j)^R

⇔ SE SVIANA ENERGIA, VARIO ANCHE SEPARATA, CON ESSERE CONDEDICIANS

PROCESSO ISERICO, PERCHÈ OUNICA IN UN POISSO SCATTAGGIARE ENTRARA

SE SI STACCASSI UNO DEI VINCOLI TIPO LA MOBILITÀ DELLA PARETE:

• AUREI 2 Cr + TEMP. E PRESSIONE
• (S - S_o)₁₂ = (U_O-UR)_R
• + (P_R ^{V - V_o})^R

S_q = VAGUNA EQLO EQS SUST: -^{i c.} CHE EQUOLIS MINOSERS

ESS QUAUno QUAN-STAONINDENTE

dS_c . dS_o = dS_o < 0 _{∫ ^∫Vd}